STM32实现四驱小车（一）硬件与软件准备

STM32实现四驱⼩车（⼀）硬件与软件准备

⽬录

⼀. 绪论

匆匆忙忙的2020年结束了，在机器⼈平台开发⽅⾯算是搞清了些端倪。近来总算有时间回顾过往，稍作整理。计划写⼀个专题系列，内容即为“机器⼈控制系统设计与实现”，这将会是我的系列⽂章的宗旨。机器⼈平台从地⾯⽆⼈车到空中⽆⼈机到⽔下⽆⼈潜航器，这将是⼀个可上九天揽⽉、可下五洋捉鳖的宏⼤蓝图。讲述内容从控制算法到嵌⼊式软件开发，从计算机仿真到单⽚机实战，从底层驱动到上层应⽤。所有的代码源于项⽬实战，讲述⽅式将是雅俗共赏。记录与分享⼼得的过程是快乐的，既是悦⼰、也可及⼈。如果有志同道合的朋友们可以动动⼩⽖点个关注，我们⼀起成长、⼀起进步叭！

第⼀篇从实现⼀个四轮四驱⼩车开始~

⼆. 轮式机器⼈概述

在机器⼈的⼤家庭⾥，轮式机器⼈独领风骚。轮式机器⼈常见的有两轮平衡车（⼆驱差速）、四轮车（四驱差速）、三轮车（⼆驱）、阿克曼转向⼩车（与汽车最为相似）、麦克纳姆轮(Mecanum wheel)⼩车、全向轮（omni wheel）⼩车等。感兴趣的⼩伙伴可以分别去了解运动与控制原理，市场上的绝⼤

部分地⾯移动机器⼈⼤抵都是基于以上平台了。这⾥我们实现⼀个四轮⼩车，四轮都有电机驱动，左右电机各为⼀组，控制左右侧电机差速即可实现转向，很简单有⽊有? 但是⿇雀虽⼩，五脏俱全，在此篇中我们基于STM32实现机器⼈的控制，使⽤UCOS-III操作系统，实现遥控器通信、传感器数据读取、航向⾓串级PID控制、电机PID控制全部功能。上位机地⾯站的开发我放在下⼀篇四轴飞⾏器的讲解中。

三. 硬件准备

1. 机械底盘

搭建四轮⼩车的机械部分就不细讲了，有条件的⾃⼰设计机架机加⼯或3D打印，没条件的直接买⼀个四轮底盘即可，电机、轮⼦配套，成本不⾼。

2. 电机选择

电机选择就很多了，⼩型四轮车常见的是编码器电机，如图1所⽰，⼀般是六根接线，两根编码器电源线，两根电源线，两根编码器信号线（A相B相）。只需要⼀路编码器就可⽤于测速，两路可以测⽅向，控制板需要解析编码器信号做速度闭环控制。

另外⼀种是总线电机，常见的是CAN总线电机、串⼝总线电机，这种电机⼀般会有配套的驱动器，控制板只需要给定速度、位置信号。如图所⽰是⼤疆的M3508⾏星减速电机与配套的C620电调（RoboMaster⽤的电机同⼀系列），可以使⽤CAN总线控制和PWM两种控制⽅式。本篇我们就⽤这个电机，基于CAN总线⽅式去做速度闭环。

3. 驱动板

锌溴电池驱动板是⼩车的⼤脑，由于本篇所实现的功能只是实现基本运动，就是遥控器控制⼩车直⾏和转弯，所以只需要⼀个底层驱动控制板，在后续增加⾼级功能之后会叠加上层控制器（如树莓派、英伟达）。

板⼦可以买，以可以画。主要是要有IIC、串⼝、CAN总线、编码器接⼝等外设接⼝和电源接⼝。前述的编码器电机的接⼝是通⽤的，淘宝上有很多板⼦是带了这种接⼝的，如果没有的话将电机的线分别接到对应的IO⼝即可，只是不太好看。

本⽂选择⾃主开发的使⽤STM32F7主控的驱动板，时钟频率216MHz，⼀般的智能⼩车应⽤都⾜够了。

4. 传感器

传感器主要是需要姿态传感器，⼀般使⽤九轴惯性传感器，即三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁⼒计。最终⽬的就是解算三轴姿态⾓，这⾥简单粗暴，直接买了⼀个姿态⾓传感器，如图所⽰是维特智能的传感器，串⼝输出三轴姿态⾓，其内部还是使⽤姿态解算算法算出来的。如果使⽤MPU9250等模块就需要⾃⼰进⾏解算了，后⾯有时间专门写⼀篇滤波算法与姿态解算。

5. 电池

建议选⽤锂电池。

四. 软件准备——UCOS-III操作系统

本系列⽂章都会使⽤操作系统，UCOS-III和FreeRTOS原理差不多，只不过前者商⽤后者免费，我使⽤的是UCOS-III。如果没有嵌⼊式操作系统的⼩伙伴们⾃⾏补补课叭，不会也没关系。不影响核⼼代码部分的阅读。

在空的操作系统的⼯程模板中，创建4个任务，⼀个CommunicateTask，SensorTask，StabilizationTask，MotorTask，分别进⾏遥控器通信、传感器数据读取、姿态控制、电机控制。使⽤操作系统的优势就是实时性，请⼤家牢记这个概念。在操作系统下，每个任务都像是同时运⾏的，其实是分时复⽤，只有在多核的处理器上才能实现真正的同时。

⾸先在main⽂件的起始部分定义任务优先级、任务堆栈、堆栈⼤⼩、任务函数等。这⾥的startTask⽤于创建其他任务，创建完之后就挂起⾃⼰。

#define START_TASK_PRIO 3

//任务堆栈⼤⼩

#define START_STK_SIZE 128

//任务控制块

OS_TCB StartTaskTCB;

//任务堆栈

CPU_STK START_TASK_STK[START_STK_SIZE];

//任务函数

void start_task(void*p_arg);

//communicate任务

//设置任务优先级

智能筷子#define COMMUNICATE_TASK_PRIO 5// SBUS 信号的更新是在串⼝中断中进⾏的//任务堆栈⼤⼩

#define COMMUNICATE_STK_SIZE 512

//任务控制块

OS_TCB CommunicateTaskTCB;

//任务堆栈

CPU_STK COMMUNICATE_TASK_STK[COMMUNICATE_STK_SIZE];

//led0任务

速冻隧道void communicate_task(void*p_arg);

//stabalizer任务

//设置任务优先级

#define STABILIZATION_TASK_PRIO 4

延时电路//任务堆栈⼤⼩

#define STABILIZATION_STK_SIZE 2048

//任务控制块

OS_TCB StabilizationTaskTCB;

//任务堆栈

CPU_STK STABILIZATION_TASK_STK[STABILIZATION_STK_SIZE];

//led0任务

void stabilization_task(void*p_arg);

//Motor电机任务

//设置任务优先级

#define MOTOR_TASK_PRIO 7

//任务堆栈⼤⼩

#define MOTOR_STK_SIZE 512

//任务控制块

OS_TCB MotorTaskTCB;

//任务堆栈

CPU_STK MOTOR_TASK_STK[MOTOR_STK_SIZE];

//motor任务

u8 motor_task(void*p_arg);

//sensorTask 参数配置任务在线调试参数并写⼊flash

//设置任务优先级

#define SENSOR_TASK_PRIO 6

//任务堆栈⼤⼩

#define SENSOR_STK_SIZE 512

//任务控制块

OS_TCB SensorTaskTCB;

//任务堆栈

CPU_STK SENSOR_TASK_STK[SENSOR_STK_SIZE];

//motor任务

u8 sensor_task(void*p_arg);

在main函数中系统初始化、外设初始化、创建开始任务

{

OS_ERR err;

CPU_SR_ALLOC();

Write_Through();//Cahce强制透写

MPU_Memory_Protection();//保护相关存储区域

苒苒草Cache_Enable();//打开L1-Cache

Stm32_Clock_Init(432,25,2,9);//设置时钟,216Mhz

HAL_Init();//初始化HAL库实木花盆

delay_init(216);//延时初始化

uart1_init(100000);//串⼝1初始化

uart2_init(115200);//串⼝2初始化

uart3_init(115200);//串⼝3初始化

IIC_Init();//IIC通讯⼝初始化

//uart_imu_Init(); // 初始化串⼝IMU

//JY901_Init(); // 初始化IIC IMU , IMU的初始化都只需要执⾏⼀次，之后注释掉这两⾏代码

MY_ADC_Init();

KEY_Init();//按键初始化

LED_Init();//初始化LED

PWM_Init();

CAN1_Mode_Init(CAN_SJW_1TQ, CAN_BS2_6TQ, CAN_BS1_11TQ,3, CAN_MODE_NORMAL);//CAN初始化正常模式，波特率1000Kbps OSInit(&err);//初始化UCOSIII

OS_CRITICAL_ENTER();//进⼊临界区

//创建开始任务

OSTaskCreate((OS_TCB *)&StartTaskTCB,//任务控制块

(CPU_CHAR *)"start task",//任务名字

(OS_TASK_PTR)start_task,//任务函数

(void*)0,//传递给任务函数的参数

(OS_PRIO)START_TASK_PRIO,//任务优先级

(CPU_STK *)&START_TASK_STK[0],//任务堆栈基地址

(CPU_STK_SIZE)START_STK_SIZE /10,//任务堆栈深度限位

(CPU_STK_SIZE)START_STK_SIZE,//任务堆栈⼤⼩

(OS_MSG_QTY)0,//任务内部消息队列能够接收的最⼤消息数⽬，为0时禁⽌接收消息

(OS_TICK)0,//当使能时间⽚轮转时的时间⽚长度，为0时为默认长度，

(void*)0,//⽤户补充的存储区

(OS_OPT)OS_OPT_TASK_STK_CHK | OS_OPT_TASK_STK_CLR,//任务选项

(OS_ERR *)&err);//存放该函数错误时的返回值

OS_CRITICAL_EXIT();//退出临界区

OSStart(&err);//开启UCOSIII

while(1)

;

}

开始任务的内容如下，内容就是创建其他四个任务，之后把⾃⼰挂起。

//开始任务函数

void start_task(void*p_arg)

{

OS_ERR err;

CPU_SR_ALLOC();

p_arg = p_arg;

CPU_Init();

#if OS_CFG_STAT_TASK_EN >0u

OSStatTaskCPUUsageInit(&err);//统计任务

#endif

#ifdef CPU_CFG_INT_DIS_MEAS_EN //如果使能了测量中断关闭时间

CPU_IntDisMeasMaxCurReset();

本文发布于:2024-09-23 01:20:54，感谢您对本站的认可！

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